Az antitestek összetétele és szerkezete
A huszadik század első három évtizedében az antitesteket a szérum gamma-globulin frakciójában lévő fehérjékként azonosították. Az ezekhez a következtetésekhez vezető vizsgálatok abból fakadtak, hogy a fertőző betegségekben szenvedő betegek szeroterápiájához jobb terméket akartak biztosítani.
A fertőző betegségek antitestes kezelését az 1890-es években vezették be, és a huszadik század első évtizedeire a szérumterápia lett a választott kezelés olyan mikroorganizmusokkal fertőzött betegek esetében, mint a C. diphtheriae, C. tetani, S. pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae és az A csoportú Streptococcus (Casadevall, 1996). A 3. fejezet a diftéria és a tetanusz szeroterápiájának fejlődéséről számol be. Az ezekben a terápiákban használt antitesteket kezdetben olyan lovakból nyerték, amelyekbe a célkórokozókat és/vagy azok toxinjait fecskendezték be. Ma már tudjuk, hogy idegen (ló)szérum emberbe történő befecskendezése az idegen szérumfehérjék ellen irányuló antitestek termelődését eredményezheti. Ezek az újonnan képződött antitestek saját, egyedi patológiát idézhetnek elő, amelyet láz, bőrkiütés, ízületi fájdalom, szívrendellenességek és veseműködési zavarok jellemeznek. Ezt a tünetegyüttest nevezzük szérumbetegségnek, és az antigén (lószérum)-antitest (emberi antitestek) komplexek kialakulásának köszönhető (33. fejezet). Ezek a komplexek következésképpen csapdába esnek a kis vérerekben, ahol gyulladásos választ aktiválnak.
Az S. pneumoniae elleni lóantitestek hatékonyságának növelésére tett kísérletek a szérumbetegség és más mellékhatások előfordulásának vagy súlyosságának egyidejű csökkentése mellett az antitestek összetételére vonatkozó új információkhoz vezettek. Különösen Oswald Avery (1877-1955) mutatta ki, hogy a S. pneumoniae elleni antitestaktivitást a szérum globulinfrakciója tartalmazza.
Avery, aki az új-skóciai Halifaxban született, 10 éves korában családjával New Yorkba költözött. A Columbia Egyetemen szerzett orvosi diplomát, és elsősorban a Rockefeller Institute of Medical Research (később Rockefeller Egyetem) kutatói karrierjét folytatta. Bár karrierjét immunkémikusként kezdte, Avery és kollégái, Colin MacLeod és Maclyn McCarty megteremtették a molekuláris biológia területét, amikor 1944-ben kimutatták, hogy a genetikai információ DNS-ből áll.
Avery lószérumot frakcionált különböző koncentrációjú ammónium-szulfáttal való kezeléssel, ami a fehérjék szérumból való kicsapására általánosan használt módszer. Ezeket a csapadékokat funkcionálisan úgy értékelte, hogy halálos dózisú S. pneumoniae-vel beoltott egerekbe fecskendezte őket. A 38-42%-os ammónium-szulfáttal kicsapódó frakciók nyújtották a legnagyobb védelmet. Ez a frakció köztudottan globulinokat tartalmazott, és kizárta az albumint és az euglobulinokat. A globulin frakció volt a legaktívabb in vitro agglutinációs és kicsapódási vizsgálatokban is (Avery, 1915).
Averyéhez hasonló eredményeket kaptak más kutatók is a következő 20 évben (Chickering, 1915; Fenton, 1931b). Ezek a vizsgálatok megerősítették, hogy az antitestek más globulinokhoz hasonló molekulatömegű szérumglobulinok. Ennek eredményeként Michael Heidelberger 1937-ben arra a következtetésre jutott, hogy “általánosan elfogadott, hogy az antitestek módosított szérumfehérjék” (Heidelberger és Pedersen, 1937).
Heidelberger (1888-1991), szerves kémikus, a Columbia Egyetemen és a zürichi Szövetségi Politechnikai Intézetben tanult. Kutatásait az S. pneumoniae poliszacharidjainak izolálására és jellemzésére, valamint az antigén-antitest kölcsönhatások mérésére szolgáló technikák kifejlesztésére összpontosította. Heidelberger kiterjedt vizsgálatokat végzett az antigén antitesttel történő kicsapásának optimális módszereinek meghatározására; ezek a vizsgálatok képezték a kvantitatív precipitinteszt alapját. Az antitestek kötődésével kapcsolatos vizsgálatai alapján Heidelbergert gyakran a kvantitatív immunkémia területének atyjaként tartják számon.
A harmincas évek közepén a vérfehérjék azonosítása és jellemzése izgalmas új kutatási területnek számított. Arne Tiselius (1902-1971) a svédországi Uppsalai Egyetemen képezte magát kémia szakon. Eredetileg Theodor Svedberggel (1884-1971) dolgozott együtt, aki az ultracentrifugálást használta a kolloidok, köztük a fehérjék elválasztására. Svedberg felismerte, hogy a fehérjéket elektromos térben történő vándorlási mintázat alapján is el lehet választani, és azt javasolta Tiseliusnak, hogy összpontosítson ennek az új területnek a technológia fejlesztésére. 1930-ra Tiselius leírta a fehérjék elektroforetikus elválasztását, és e munkája alapján kapta meg a tudományok doktora címet.
Tiselius (1937a,b) elektroforézissel elválasztotta a szérumot, és négy különböző elektromos töltésű komponenst mutatott ki. Ezeket a komponenseket albumin és három globulinfrakcióként azonosította: alfa, béta és gamma (11.2. ábra). A szérumfehérjék ezen jellemzése alapján Tiselius 1948-ban kémiai Nobel-díjat kapott “az elektroforézissel és az adszorpciós analízissel kapcsolatos kutatásaiért, különösen a szérumfehérjék összetett természetére vonatkozó felfedezéseiért.”
11.2. ábra. Ovalbumin-specifikus antitesteket tartalmazó tojásalbuminnal injektált nyúl szérumának elektroforetikus mintázata. A szérumot az elektroforetikus mobilitás alapján négy frakcióra lehetett szétválasztani: albumin, alfa globulinok, béta globulinok és gamma globulinok.
Tiselius és Kabat (1939) munkájából.
Elvin Kabat (1914-2000) a Heidelberger laboratóriumában végzett munkája után csatlakozott Tiselius laboratóriumához. Kabat, egyetemi tanulmányait a City College of New York-ban végezte, és a Columbia Egyetemen doktorált. Kabat doktori disszertációja a pneumococcus poliszacharidokra adott antitestválaszról szólt. Kimutatta, hogy az S. pneumoniae-t agglutináló antitest a baktériumból izolált poliszacharidot is képes kicsapni (Heidelberger és Kabat, 1936). Amikor a svédországi Uppsalába érkezett, hogy Tiselius laboratóriumában dolgozzon, Kabat hozott egy mintát abból a lószérumból, amely a pneumococcus poliszacharidok elleni antitesteket tartalmazta. Tiselius és Kabat elektroforézissel elemezte ezt a szérumot, és kimutatta, hogy az antitestaktivitás nagy része a gamma globulin frakcióval vándorolt (Tiselius és Kabat, 1939).
A következő 15 évben számos más immunkémikus jellemezte az antitestmolekulákat, és általános konszenzus alakult ki arról, hogy azok a szérum gamma globulin frakciójának fő összetevői. Ez a felismerés megalapozta a következő nagy előrelépést a területen, amely az antitestek molekuláris szerkezetének részletes elemzéséhez és a négyláncos modell kidolgozásához vezetett (11.1. ábra). Ezek a vizsgálatok betekintést nyújtottak a molekula szerkezete és biológiai funkciói közötti összefüggésbe.